《变压器与电动机》变压器的结构（二）（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》变压器的结构（二）-讲义 1.掌握变压器的基本结构。 2.了解变压器的工作原理。 知识点一 同心式绕组 一、基本定义与结构： 同心式绕组是将高压绕组与低压绕组同心地套在铁心柱上的绕组形式。 1.绕组布置： （1）通常低压绕组靠近铁心（便于绝缘），高压绕组套装在外侧。 （2）特殊情况：低压、大电流绕组因导线截面积大，可能安放在高压绕组外侧（如图1所示）。 图1 同心式绕组 2.核心特点：结构简单、制造方便，国产变压器多采用此结构。 二、基本形式及特点： 1.圆筒式绕组（如图2-a所示）： （1）结构：由一根或几根并联绝缘导线沿铁心柱高度方向连续绕制而成，呈圆筒状。 （2）应用：适用于每柱容量200 kV·A 及以下、电压10 kV 以下的变压器（多为低压绕组）。 （3）优点：绕制简单，成本低； （4）缺点：机械强度与散热能力较弱。 2.分段式绕组（如图2-b所示）： （1）结构：将圆筒式绕组沿轴线分成若干段，段间用绝缘衬垫隔开，外部用连接线串联。 （2）应用：适用于每柱容量350 kV·A 及以下的高压绕组。 （3）优点：相比圆筒式，机械强度更高、散热能力更强（段间绝缘垫形成散热通道）； （4）缺点：结构较复杂，需焊接连接线。 3.螺旋式绕组（如图2-c所示）： （1）结构：多根扁线沿径向并联排列，轴向绕制（一匝即为一个线饼），并联导线过多时可分两排绕成双螺旋式。绕制时需导线换位以减少附加损耗。 （2）应用：适用于三相容量800 kV·A 及以上、电压35 kV 及以下的大电流低压绕组（如配电变压器低压侧）。 （3）优点：导线截面积大、匝数少，端部连接容易处理，适合大电流场景； （4）关键工艺：导线换位技术是降低涡流损耗的核心。 4.连续式绕组（如图2-d所示）： （1）结构：单根或多根扁漆包线绕制线饼，线饼间通过“翻线法”连续绕制，无焊接接头，饼间设油道。 （2）应用：常用于高压绕组（尤其大容量变压器），依赖油道加强散热与绝缘。 （3）优点：机械强度高（无接头）、散热性能好（油道冷却）、可靠性强； （4）工艺特点：依赖特殊绕制工艺实现线饼连续连接。 图2 同心式绕组的基本形式 同心式绕组中，低压绕组通常布置在靠近铁心的位置，主要原因是（ ） A. 便于导线换位 B. 减少涡流损耗 C. 降低绝缘难度 D. 增强机械强度 【答案】C 【解析】同心式绕组的常规布置原则是低压绕组靠近铁心，高压绕组在外。这是因为低压绕组电压较低，绝缘要求相对简单，靠近铁心可以降低整体绝缘设计难度，减少绝缘材料用量。 1.同心式绕组的基本定义是（ ） A. 高低压绕组平行排列在铁心柱两侧 B. 高压绕组在内、低压绕组在外同心套在铁心柱上 C. 高低压绕组同心套在铁心柱上 D. 绕组呈螺旋状绕制在铁心上 【答案】C 【解析】同心式绕组为高低压绕组同心套在铁心柱上，选项 C 正确。A 描述为平行排列（错误），B 颠倒常规布置（低压通常在内），D 为螺旋式绕组特征（非定义）。 2.下列哪种情况可能导致低压绕组布置在高压绕组外侧（ ） A. 高压绕组电压等级低于 10kV B. 低压绕组为大电流绕组（导线截面积大） C. 变压器容量小于 200kV・A D. 采用连续式绕组结构 【答案】B 【解析】特殊情况下，低压大电流绕组因导线粗、匝数少，为便于制造和减少绕组厚度，可布置在外侧。 3.分段式绕组相比圆筒式，主要改进了（ ） A. 绕制速度 B. 机械强度和散热能力 C. 导线用量 D. 绝缘等级 【答案】B 【解析】分段式通过段间绝缘衬垫形成散热通道，并增强结构强度。绕制速度降低（需焊接连接线），导线用量相近，绝缘等级取决于材料而非结构。 1.螺旋式绕组的关键工艺是（ ） A. "翻线法" 连续绕制 B. 单根导线绕制 C. 段间绝缘垫安装 D. 导线换位技术 【答案】D 【解析】螺旋式多导线并联绕制时，换位技术可减少涡流损耗，是核心工艺。 2.连续式绕组的主要优点不包括（ ） A. 机械强度高（无接头） B. 散热性能好（油道冷却） C. 绕制简单、成本低 D. 可靠性强 【答案】C 【解析】连续式依赖特殊绕制工艺（翻线法），绕制难度高于圆筒式，成本并不低。 3.下列哪种绕组形式适用于高压大容量变压器的高压绕组（ ） A. 圆筒式 B. 分段式 C. 螺旋式 D. 连续式 【答案】D 【解析】续式绕组因无接头、散热好，常用于高压大容量变压器的高压绕组，选项 D 正确。其他形式均有局限性。 · 高低压绕组同心套在铁心柱上，低压通常靠内（常规）或外（大电流特殊情况）。 · 主要形式：包括圆筒式（简单低成本）、分段式（增强散热）、螺旋式（大电流适用）、连续式（高压大容量首选）。 · 不同形式按容量、电压及电流需求选择，如圆筒式用于小容量低压，连续式用于高压大容量。 · 螺旋式需导线换位降损耗，连续式依赖 "翻线法" 实现无接头绕制。 知识点二 变压器附件——油箱 一、油箱与冷却装置详解： 1.油箱的功能与设计要求： 油浸式变压器的外壳即为油箱，内部盛放变压器油，如图3所示。变压器油兼具双重作用： （1）绝缘介质：需具备高介质强度，确保绕组与铁心、外壳之间的电气绝缘； （2）冷却介质：依赖低粘度特性促进对流散热，同时要求高发火点（防火）、低凝固点（适应低温环境），且不含酸、碱、硫、水分、灰尘等杂质，避免对设备造成腐蚀或绝缘破坏。 （3）油箱的机械作用在于保护铁心和绕组免受外力冲击与潮湿侵蚀，其散热机制通过油的对流实现——将铁心和绕组产生的热量传递至箱壁及散热管，最终散发到空气中。 图3 变压器的结构 2.油箱结构与冷却方式的适配性： 根据变压器容量不同，油箱结构及冷却方式逐步升级： （1）小容量（20 kVA）：采用平板油箱，依靠油箱表面直接散热即可满足需求； （2）中等容量（30~200 kVA）：改用排管式油箱，通过在箱壁加装排管扩大散热面积，增强散热能力； （3）较大容量（2.5~6.3 MVA）：在油箱壁安装散热器，进一步提升散热效率，应对更高的热量排放需求； （4）大容量（8~40 MVA）：在散热器基础上增设电风扇，通过强制空气对流强化散热，即“风冷式”冷却； （5）超大容量（50 MVA）：采用强迫油循环冷却方式，通过油泵驱动变压器油循环，配合外部冷却设备（如冷却器）实现高效散热，满足大功率运行时的散热要求。 （6）当变压器质量超过15吨时，通常采用钟罩式油箱设计，检修时只需吊起上节油箱，无需依赖重型起重设备，大幅提升维护便利性。 二、干式变压器的行业应用现状： 1.相较于油浸式变压器，干式变压器因无需变压器油，具备防火、防潮、免维护等优势，在特定场景中占据显著份额。 2.市场占比：其产量已超过配电变压器总产量的20%，在成套变电站中，干式变压器的应用比例高达80%~90%，成为城市配电、高层建筑、地铁等对安全性和环境要求较高场景的主流选择。 三、核心知识总结： 1.油箱与变压器油的双重功能：既是绝缘保护屏障，又是热量传导媒介，其材料与结构设计需兼顾电气性能、散热效率和机械保护。 2.冷却方式的梯度升级：随变压器容量增大，散热需求通过“被动散热（平板/排管）→主动强化（散热器/风扇）→强制循环（油循环）”的路径逐步优化，体现技术与需求的匹配性。 3.干式变压器的技术优势：无油化设计推动其在特定领域的广泛应用，反映了变压器向安全、环保、低维护方向发展的行业趋势。 油浸式变压器中，变压器油的主要作用是（ ） A. 仅作为绝缘介质 B. 仅作为冷却介质 C. 既是绝缘介质又是冷却介质 D. 提供机械保护 【答案】C 【解析】变压器油具有双重作用，一是作为绝缘介质，具备高介质强度，确保绕组与铁心、外壳之间的电气绝缘；二是作为冷却介质，依赖低粘度特性促进对流散热，同时满足防火、适应低温环境等要求。 1.油浸式变压器中，变压器油的绝缘作用是指（ ） A. 防止铁心受潮 B. 确保绕组与铁心、外壳之间的电气绝缘 C. 保护绕组免受外力冲击 D. 降低变压器运行噪音 【答案】B 【解析】变压器油的绝缘作用具体表现为提供高介质强度，确保绕组与铁心、外壳之间不发生电气击穿。 2.下列哪项不是变压器油作为冷却介质的要求（ ） A. 低粘度 B. 高发火点 C. 高凝固点 D. 不含水分杂质 【答案】C 【解析】变压器油需低凝固点以适应低温环境，高凝固点会导致油在低温下凝固，影响对流散热。 3.中等容量（30~200kVA）变压器的油箱结构是（ ） A. 平板油箱 B. 排管式油箱 C. 散热器油箱 D. 钟罩式油箱 【答案】B 【解析】中等容量采用排管式油箱，通过加装排管扩大散热面积。 1.大容量（8~40MVA）变压器的冷却方式是（ ） A. 风冷式（加装电风扇） B. 排管散热 C. 自然散热 D. 强迫油循环 【答案】A 【解析】大容量变压器在散热器基础上增设电风扇，通过强制空气对流强化散热，即风冷式。 2.干式变压器的主要优势不包括（ ） A. 防火性能好 B. 无需维护 C. 散热效率高于油浸式 D. 防潮性能好 【答案】C 【解析】干式变压器无油设计，防火防潮免维护，但散热依赖空气对流，效率通常低于油浸式（油浸式通过油循环散热）。 3.变压器油的凝固点要求是（ ） A. 高凝固点 B. 低凝固点 C. 与环境温度无关 D. 中等凝固点 【答案】B 【解析】低凝固点确保变压器油在低温环境下不凝固，维持对流散热能力。 · 油箱是油浸式变压器外壳，内部变压器油兼具绝缘（高介质强度）和冷却（低粘度、高发火点等）作用，同时油箱提供机械保护。 · 小容量用平板油箱直接散热，中等容量用排管式，较大容量用散热器，大容量加风扇（风冷），超大容量采用强迫油循环，满足不同散热需求。 · 干式变压器无需变压器油，防火防潮免维护，产量超配电变压器 20%，在城市配电、地铁等场景占比高，体现安全环保趋势。 知识点三 变压器附件——储油柜与安全气道 一、储油柜（油枕）： 1.基本概念： （1）别称：油枕 （2）结构：圆筒形容器，安装于变压器油箱上部，通过管道与油箱连通，内部油量通常保持在储油柜容积的一半，如图4所示。 （3）油位监测：通过油表指示实时显示油面高低，油面升降仅在储油柜内进行。 图4 储油柜、安全气道及气体继电器 2.主要作用： （1）油液补偿：确保变压器油始终充满油箱，避免内部出现空隙。 （2）热胀冷缩适应：随温度变化调节油量，缓解变压器油因温度波动产生的体积膨胀或收缩，防止油箱因压力异常受损。 （3）防潮与抗氧化：减少变压器油与空气的直接接触面积，抑制潮气侵入和油液氧化，延长油的使用寿命。 二、安全气道（防爆管）： 1.基本概念： （1）别称：防爆管 （2）结构：安装于油箱顶盖的长钢筒，上端管口覆盖一定厚度的玻璃板或酚醛纸板（防爆膜），如图4所示。 2.工作原理： （1）当变压器内部发生严重故障（如绕组短路）时，油液分解产生大量气体，导致油箱内压强急剧升高。 （2）当压强达到50.66 kPa（0.5个大气压）时，防爆膜首先破裂，快速释放内部高压气体和油液，降低油箱内压力。 3.核心功能： 压力释放保护：避免油箱因内部压力过高而爆裂，防止故障扩大及设备严重损坏，属于变压器的安全保护装置。 下列哪一项不属于储油柜的主要作用（ ） A. 油液补偿，确保变压器油始终充满油箱 B. 随温度变化调节油量，缓解变压器油体积变化 C. 当变压器内部压强过高时，释放高压气体和油液 D. 减少变压器油与空气的直接接触面积，抑制氧化 【答案】C 【解析】储油柜的主要作用包括油液补偿、热胀冷缩适应以及防潮与抗氧化，而选项 C 描述的是安全气道（防爆管）的工作原理和功能，当变压器内部压强过高时，安全气道的防爆膜破裂释放压力，并非储油柜的作用。 1.储油柜的主要作用不包括（ ） A. 油液补偿 B. 热胀冷缩适应 C. 压力释放保护 D. 防潮与抗氧化 【答案】C 【解析】储油柜的主要作用是油液补偿、热胀冷缩适应、防潮与抗氧化，压力释放保护是安全气道的核心功能。 2.储油柜内部油量通常保持在其容积的（ ） A. 三分之一 B. 一半 C. 三分之二 D. 全部 【答案】B 【解析】储油柜内部油量通常保持在储油柜容积的一半。 3.储油柜的作用是（ ） A. 确保变压器油始终充满油箱 B. 释放变压器内部过高压力 C. 监测变压器内部温度 D. 以上都不是 【答案】A 【解析】储油柜的作用包括确保变压器油始终充满油箱，释放压力是安全气道的作用。 1.下列属于安全气道核心功能的是（ ） A. 油液补偿 B. 热胀冷缩适应 C. 压力释放保护 D. 防潮与抗氧化 【答案】C 【解析】安全气道的核心功能是压力释放保护，其他选项是储油柜的作用。 2.储油柜减少变压器油与空气接触面积的目的是 ( ) A. 提高油的温度 B. 抑制潮气侵入和油液氧化 C. 增加油的体积 D. 以上都不是 【答案】B 【解析】储油柜减少接触面积的目的是抑制潮气侵入和油液氧化，延长油的使用寿命。 3.当变压器内部发生严重故障时，首先发挥作用的是（ ） A. 储油柜 B. 安全气道 C. 两者同时发挥作用 D. 以上都不是 【答案】B 【解析】当内部严重故障导致压强过高时，安全气道的防爆膜破裂释放压力，储油柜在正常运行时起作用，此时安全气道先发挥作用。 · 储油柜（油枕）为圆筒形容器，通过油表监测油位，起油液补偿、适应热胀冷缩、防潮抗氧化作用，保持油箱内油液充满。 · 安全气道（防爆管）是装于油箱顶盖的长钢筒，上端有防爆膜 · 当安全气道内部压强达 50.66kPa 时破裂，释放压力保护油箱。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$